Nerūdijančio plieno ir nikelio lydinių tankio palyginimas: projektų svorio skaičiavimai

Tankis yra fizinė savybė, kuri paverčia detalės geometriją į tikrąjį svorį, todėl lemia gabenimo apkrovas, konstrukcijos dydį ir medžiagų sąnaudas.Nerūdijančio plieno rūšysapytiksliai 7,70–8,24 g/cm³, o nikelio lydinių – maždaug 7,95–9,22 g/cm³ -, todėl nikelio lydiniai yra vidutiniškai 6–12 % sunkesni už įprastus 300 -serijos nerūdijančius plienus. Šiame vadove lyginami tankio laipsniai{10}}pagal laipsnius, pateikiamos tikslios strypų, plokščių ir vamzdelių svorio formulės ir pateikiami pavyzdžiai, kad inžinieriai, pirkėjai ir projektų vadovai galėtų drąsiai nurodyti svorį ir išlaidas.

Kodėl tankis yra svarbus kiekviename projekte:1 % tankio paklaida tampa 1 % paklaida kiekviename kilograme, kurį siunčiate, palaikote ir už kurį mokate. 50 -tonų užsakymas yra pusė tonos klaidingai nurodyto metalo – pakanka, kad būtų pažeistas krovinio limitas, krano įvertinimas ar biudžeto eilutė. Žemiau pateikti skaičiai yra tipinės vardinės vertės kambario temperatūroje; esant kritinėms konstrukcijoms, visada patvirtinkite konkrečios šilumos gamyklos bandymo sertifikatą (MTC).

Kas yra tankis ir kodėl jis svarbus metalo projektuose?

Tankis – medžiagos masė tūrio vienetui; Tai yra vienintelė fizinė savybė, paverčianti detalės geometriją jos tikruoju svoriu, todėl ji tiesiogiai valdo gabenimo apkrovas, konstrukcijos dizainą ir medžiagų sąnaudas.

Paprastais žodžiais tariant, tankis atsako į vieną klausimą: koks sunkus yra fiksuoto dydžio{0}}šio metalo gabalas? Jis išreiškiamas kaip masė, padalinta iš tūrio, paprastai gramais kubiniame centimetre (g/cm³), kilogramais kubiniame metre (kg/m³) arba svarais kubiniame colyje (lb/in³). Kadangi metalas parduodamas ir siunčiamas pagal svorį, tankis yra tiltas tarp brėžinio (tūrio) ir kainos (kilogramais arba svarais).

Dėl trijų priežasčių tankumas neišvengiamas bet kuriame realiame projekte:

Svorio ir logistikos - tankio pataisymaikiekvienos dalies bendra masė, kuri nustato krovinio klasę, konteinerių limitus ir krano/kėlimo įvertinimus.

Struktūrinis įkėlimas -grindys, atramos ir pamatai parenkami pagal svorį, kurį jie turi nešti; tankesnis lydinys reiškia sunkesnį rėmą arba storesnius laikiklius.

Kaina -kadangi lydiniai įkainoti už kilogramą, to paties tūrio tankesnė medžiaga kainuoja brangiau ir pirkti, ir išsiųsti.

Vieneto pastaba:1 g/cm³=1000 kg/m³=0.0361 lb/in³. Taigi 7,93 g/cm³=7930 kg/m³ ≈ 0,286 lb/in³. Prieš įtraukdami skaičių į formulę, visada patikrinkite, kuris vienetas naudojamas duomenų lape.

Pastaba dėl tikslumo:vardinis tankis skiriasi apie ±1 %, priklausomai nuo tikslios chemijos, lydymosi praktikos ir temperatūros. Šiame vadove pateiktos vertės tinka įvertinimui, sąnaudoms ir logistikai; jei dizainas atitinka kodą-, naudokite vertę, nurodytą sertifikuotos medžiagos bandymo ataskaitoje.

Koks yra įprastų nerūdijančio plieno rūšių tankis?

Nerūdijančio plieno tankis svyruoja nuo maždaug 7,70 iki 8,24 g/cm³ pagal rūšį; dažniausiai naudojamos klasės yra nuo 7,80 iki 8,00 g/cm³, o 304/304L – 7,93 g/cm³ ir 316/316L – 7,98 g/cm³ kaip du atskaitos taškai.

Nerūdijantis plienas nėra viena medžiaga - tai geležies-lydinių šeima, sugrupuota pagal mikrostruktūrą: austenitinį (300 serija), feritinį ir martensitinį (400 serija), dvipusį ir kritulių-kietėjimą. Kiekviena šeima turi skirtingą tankį, nes legiravimo elementai (nikelis, molibdenas, chromas) turi skirtingą atominį svorį nei geležis. Nikelis ir molibdenas yra sunkesni už geležį, todėl jais turtingos markės (316, 904L) yra tankesnės; nikelio-be feritinės klasės (430) yra lengvesnės.

1 lentelė. Įprastų nerūdijančio plieno rūšių tipinis tankis (kambario temperatūra, vardinis).

Nykščio taisyklė:Jei tiksli klasė nežinoma ir reikalingas tik apytikslis svoris, 7,9 g/cm³ (7930 kg/m³) yra saugus daugumos nerūdijančio plieno dalių planavimo skaičius. Kai klasė bus fiksuota, pakeiskite jos vardinį tankį pagal aukščiau pateiktą lentelę.

Koks yra įprastų nikelio lydinių tankis?

Nikelio lydiniai yra tankesni nei dauguma nerūdijančio plieno, svyruoja nuo 7,95 iki 9,22 g/cm³. Plačiai naudojamos markės, tokios kaip Inconel 625 (8,44 g/cm³), Monel 400 (8,80 g/cm³) ir Hastelloy C-276 (8,89 g/cm³), yra 6–12 % sunkesnės nei 316 l nerūdijančio plieno.

Nikelio lydiniai pakeičia geležį nikeliu kaip matricos elementą. Kadangi nikelis (8,90 g/cm³) yra tankesnis už geležį (7,87 g/cm³) ir daugelis nikelio lydinių taip pat prideda sunkių elementų, tokių kaip molibdenas (10,28 g/cm³) ir volframas (19,30 g/cm³), visa šeima yra aukščiau nerūdijančio plieno-. Molibdeno -turtingos Hastelloy B klasės yra sunkiausios iš visų, jos siekia daugiau nei 9,2 g/cm³.

2 lentelė. Įprastų nikelio lydinių tipinis tankis (kambario temperatūra, vardinis).

Pastaba:INCONEL®, MONEL®, INCOLOY® ir HASTELLOY® yra registruoti prekiniai pavadinimai (atitinkamai „Special Metals“ ir „Haynes International“); bendrieji pavadinimai yra aukščiau pateikti UNS numeriai. Jei literatūroje yra nedidelis tankio diapazonas, rodoma vertė yra dažniausiai nurodyta nominalioji vertė iš gamintojo duomenų lapų.

Kas yra sunkesnis: nerūdijantis plienas ar nikelio lydiniai?

Nikelio lydiniai yra vidutiniškai 6–12 % sunkesni už įprastą 300 -serijos nerūdijantį plieną. Tokio pat tūrio komponentas Hastelloy C-276 sveria apie 11% daugiau nei 316L; Incoloy 800 dalis sveria beveik tiek pat, kiek 316L.

Pats švariausias būdas pamatyti atotrūkį – sudėti atskaitos ženklus greta tuo pačiu garsumu. Toliau pateiktoje lentelėje palyginamas 1000 cm³ (1 litro) kiekvienos medžiagos bloko svoris -, maždaug tokio dydžio kaip didelės sulčių dėžutės dydis.

3 lentelė. 1000 cm³ bloko svoris pagal medžiagą (tas pats tūris).

Išsinešti:316 l perjungimas į nikelio lydinį beveik visada padidina tos pačios geometrijos svorį. Išimtys yra Incoloy 800 (iš esmės tokio pat tankio kaip 316L) ir Inconel 718 (tik ~2,6 % sunkesnis). Kai svoris yra griežtas apribojimas - aviacija, povandeninis plūdrumas, besisukanti įranga -, šis 6–12 % tarpas gali priversti pertvarkyti.

Kaip apskaičiuoti metalinio komponento svorį?

Svoris=Tūris × Tankis. Keturių standartinių gaminių formų (apvalios juostos, kvadratinės / plokščios juostos, plokštės / lakštas ir vamzdis) toliau pateiktos formulės leidžia tiesiogiai apskaičiuoti vieno metro arba kvadratinio metro svorį, naudojant tik anksčiau pateiktų lentelių matmenis ir klasės tankį.

Visuotinis santykis yra paprastas: išmatuokite detalės tūrį, padauginkite iš medžiagos tankio ir gausite masę. Toliau pateiktos formulės pateikia šį ryšį į paruoštą -naudoti-formą kiekvienai įprastai formai. Naudokite matmenis milimetrais ir tankį g/cm³ (tai lygu kg/dm³); rezultatai pateikiami kilogramais.

4 lentelė. Standartinių gaminių formų svorio formulės (D, OD, ID, A, B, T mm; ρ g/cm³).

Imperial spartusis klavišas:jei dirbate coliais ir lb/in³, taikomos tos pačios formulės, bet praleidžiate × 0,001 koeficientą -, apskaičiuokite tūrį kubiniais coliais ir padauginkite tiesiogiai iš tankio lb/in³.

Kodėl koeficientas 0,001?matmenys mm nurodo tūrį mm³ vienam ilgio metrui. Kadangi 1 cm³=1000 mm³ ir 1 g/cm³=1 kg/dm³, koeficientas 0,001 mm³ × g/cm³ paverčia kilogramais. Tai vienintelė konstanta, kurią reikia atsiminti.

Kiek sveria 304 nerūdijančio plieno plokštė?

Išvada:1 m² × 3 mm 304 plokštė sveria 23,79 kg; 4 pėdų × 8 pėdų × 1/4 colio (6,35 mm) lapas sveria apie 33,2 svaro. Naudokite plokštelės formulę W=T × ρ.

A pavyzdys - Metrika

Forma:Plokštė: 1 m × 1 m × 3 mm storio.

ρ(304)=7.93 g/cm³.

Svoris vienam m²=T × ρ=3 × 7.93=23.79 kg/m².

Bendras=1 m² × 23,79 kg/m²=23.79 kg.

Patikrinkite:1 m² × 3 mm=0.003 m³; 0,003 × 7930 kg/m³=23.79 kg. ✓

B pavyzdys - Imperial

Lapas: 48 coliai × 96 coliai × 0,25 colio.

Tūris=48 × 96 × 0.25=1152 in³.

ρ(304)=0.286 lb/in³.

Svoris=1152 × 0.286=329.5 svar. ≈ 33,0 lb/ft² lapo ploto.

Praktinė pastaba:frezavimo plokštės paprastai tiekiamos su neigiamu storio nuokrypiu, todėl pasvertas lakštas dažnai yra 1–3 % lengvesnis už vardinę skaičiuoklę. Laikykitės šios atsargos derindami krano ar sunkvežimio ribas.

Kiek sveria „Inconel 625 Round Bar“?

50 mm skersmens apvalus strypas Inconel 625 sveria apie 16,56 kg vienam metrui - maždaug 6 % sunkesnis už identiško dydžio 316 l strypą (15,62 kg/m).

Atliktas skaičiavimas

Strypas: Ø50 mm, 1 metro ilgio.

ρ(Inconel 625)=8.44 g/cm³.

W=(π/4) × D² × ρ × 0.001=0.7854 × 2500 × 8,44 × 0.001=16.56 kg/m.

Palyginimas to paties dydžio

5 lentelė. 1 m, Ø50 mm apvalaus strypo svoris pagal medžiagą.

Poveikis sąnaudoms:6 m baras Ø50 mm Inconel 625 sveria ~99 kg, palyginti su ~94 kg 316l. Įprastomis metalo kainomis nikelio lydinys gali kainuoti 5–10 kartų brangiau už kilogramą nei 316 l -, todėl apie 5 kg papildomą masę sumažina už -kg kainos skirtumas. Tankis yra svarbus, bet vieneto kaina svarbiau (žr. 8 skyrių).

Kaip tankis įtakoja projekto išlaidas ir medžiagų pasirinkimą?

Kadangi lydinių kaina nustatoma pagal svorį, tankesnė medžiaga padidina tiek medžiagų, tiek siuntimo išlaidas už tą patį kiekį. Biudžeto-riboto ar svorio-riboto projektuose tankis yra pirmos-eilės ekonominis kintamasis -, o ne išnaša.

Metalo užsakymo kainą sudaro dvi tankio{0}}jautrios dalys: (1) pats metalas, parduodamas kilogramais, ir (2) krovinys, taip pat apmokestinamas pagal svorį arba pagal svorį{3}}pagrįstą konteinerio krovinį. Dėl tankesnio lydinio abu yra didesni už tą patį dalies tūrį, todėl tankis padidina kainų skirtumus, o ne juos išlygina.

Pavyzdys - 1 m³ slėgio-indo korpuso tūris iš skirtingų medžiagų:

6 lentelė. Orientacinės medžiagos sąnaudos už 1 m³ gatavo tūrio (iliustracinis, o ne citata).

Skaitant skaičius:pereinant nuo 316 l prie Hastelloy C-276, masė padidėja ~11 %, bet medžiagos kaina daugiau nei 6 × - dominuoja kainos-už kilogramą skirtumas. Štai kodėl inžinieriai pasilieka nikelio lydinius toms gamyklos dalims, kurioms tikrai reikia korozijos ir (arba) karščio savybių, o likusioms – nerūdijančio plieno.

Tankis taip pat turi įtakos logistikai:20 pėdų konteineris yra uždengtas svoriu-daug anksčiau, nei jis užpildomas tankiu nikelio lydiniu. Tankus metalas reiškia daugiau konteinerių, daugiau sunkvežimių ir daugiau kėlimo įrangos - realių, išvengiamų išlaidų, jei konstrukcija gali naudoti lengvesnę rūšį.

Koks yra kiekvienos medžiagos stiprumo{0}}svorio ir{1}}svorio santykis?

Dvipusis nerūdijantis plienas ir kritulių{0}}kietėjimo nikelio lydiniai užtikrina geriausią stiprumo- ir -svorio (specifinio stiprumo) santykį; Paprastas austenitinis nerūdijantis plienas yra vidutinio-paketo, o kai kurie didelio-tankio nikelio lydiniai yra atsparūs korozijai ar karščiui.

Pats tankis gali būti klaidinantis. Tikrasis inžinerinis klausimas yra toks: kiek jėgų gaunate kiekvienam kilogramui? Tai specifinis stiprumas - takumo riba, padalytas iš tankio. Tankesnis lydinys vis tiek gali būti lengvesnis pasirinkimas, jei jis pakankamai tvirtas, kad galėtumėte naudoti plonesnę dalį.

7 lentelė. Pasirinktų rūšių savitasis stipris (takumo stipris ÷ tankis) (atkaitintas, orientacinis).

Aiškinimas:„duplex 2205“ pasižymi daugiau nei dvigubai didesniu specifiniu stiprumu nei 316 l -, todėl pagal jo derlingumą suprojektuota konstrukcija gali naudoti plonesnes dalis ir, nepaisant panašaus tankio, gali būti lengvesnė. „Inconel 718“, sukietintas nikelio lydinys, išsiskiria iš kritulių: didžiausias specifinis stiprumas sąraše, todėl jis dominuoja aviacijos ir kosmoso besisukančiose dalyse.

Įspėjimas:specifinis stiprumas reguliuoja tik konstrukcijas, kurias riboja takumo įtempis. Riboto korozijos- arba šliaužimo-konstrukcijose tvirtumo-prie-svorio argumentas užleidžia vietą atsparumui korozijai ir aukštai{5}}temperatūriniam stabilumui -, dėl kurios egzistuoja nikelio lydiniai.

Kokią medžiagą turėtumėte pasirinkti lengvoms programoms?

Esant kritinėms reikmėms, naudojant nerūdijančio plieno dvipusį 2205/2507 arba kritulių{3}}grūdinimą „Inconel 718“ yra geriausia mažo tankio ir didelio stiprumo pusiausvyra. Pasirinkite 316L tik tada, kai kontrolės reikalavimas yra atsparumas korozijai -, o ne svoris -.

Mažo svorio pasirinkimas nėra tas pats, kas mažo tankio pasirinkimas. Dėl lengvesnio-tankio lydinio, kuris taip pat silpnas, reikia naudoti storesnę dalį, kuri gali būti sunkesnė. Sprendimas turėtų būti nulemtas specifinio stiprumo, o ne neapdoroto tankio.

Sprendimų vadovas pagal paraiškos tipą:

Masinis-kritinis -kai konstrukciją riboja masė (orlaivių ir erdvėlaivių laikikliai, povandeninis plūdrumas, lenktynės), pirmenybę teikite Inconel 718 arba 17-4 PH, kad pasiektumėte didžiausią specifinį stiprumą, arba duplex 2205, kad būtų atsparus korozijai ir pigesnis variantas.

Skyrius-kritinis -kai svarbios plonesnės sekcijos (plokšteliniai šilumokaičiai, rezervuarai, architektūrinės plokštės), dupleksas 2205/2507 leidžia numesti matuoklį ir sutaupyti svorio esant tokiai pat korozijai.

Korozija{0}}kritinė -kai veikia chlorido duobės arba jūros vandens poveikis (jūrų, gėlinimo, FGD), 316L yra bazinė linija; atnaujinkite į 904L, duplex 2507 arba Inconel 625, kai sunkumas didėja.

Temperatūra -kritinė -kai eksploatavimo temperatūra viršija ~600 laipsnių, nikelio lydiniai (Inconel 600/625/718) tampa privalomi; jokia nerūdijančio plieno medžiaga neatlaiko ilgalaikio-šliaužimo tokioje temperatūroje.

Išlaidų vartai:kiekvienam laipteliu aukštyn lydinio kopėčiomis (304 → 316L → dvipusis → 904L → Inconel → Hastelloy), tikėkitės maždaug 1,3 ×, tada 1,5 ×, tada 2, tada 3–5 ×, tada 5–6 × šuolio už kilogramą. Patvirtinkite esamą kainą pasiūlymo metu; metalo rinkos juda kas savaitę.

Kaip pasirinkti tarp nerūdijančio plieno ir nikelio lydinių?

Rinkitės nerūdijantį plieną, kai sprendžiant dominuoja biudžetas ir bendras atsparumas korozijai; nikelio lydinius rinkitės, kai dėl ekstremalios korozijos, aukštos temperatūros ar specialių eksploatavimo sąlygų pateisinamas didesnis svoris ir kaina -, ir prieš galutinius svorio skaičiavimus visada patvirtinkite konkretų klasės tankį.

Tankis yra viena įvestis iš kelių. Tinkamas medžiagos pasirinkimas suderina tankį su atsparumu korozijai, mechaninį stiprumą, eksploatavimo temperatūrą, pagaminamumą ir visas gyvavimo ciklo išlaidas. Toliau pateiktoje santraukos matricoje sutrumpintas sprendimas, kad būtų galima greitai sužinoti.

8 lentelė. Pasirinkimo matrica -, kada pasirinkti kiekvieną šeimą.

Paskutinė taisyklė:pradėkite nuo paslaugų aplinkos, įtraukite dviejų ar trijų klasių sąrašą, tada leiskite tankumui ir specifinei jėgai nutraukti ryšį. Nurodytas svoris yra paskutinis patikrinimas -, o ne pirmasis filtras. Naudodami šiame vadove pateiktus tankius, formules ir atliktus pavyzdžius, bet kurį piešinį galite paversti patikimu kilogramo skaičiumi ir pagrįsta kaina per kelias minutes.

Reikia patvirtinto svorio arba kainos konkrečiam rūšiui ir dydžiui?Pasidalykite brėžiniu, medžiaga ir kiekiu - mūsų inžinierių komanda grąžins sertifikuotą svorį, tankį ir kainą pagal atitinkamą malūno sertifikatą.

Atsakomybės apribojimas: tankio vertės yra tipiniai vardiniai skaičiai kambario temperatūroje ir pateikiami įvertinimui, sąnaudoms ir logistikai. Faktinės vertės skiriasi priklausomai nuo šilumos, chemijos ir proceso; kodą-atitinkančio dizaino ieškokite sertifikuotos medžiagos bandymo ataskaitoje (MTC). Prekių ženklai priklauso atitinkamiems jų savininkams.